Полевые контрольные наблюдения
Полевые наблюдения за величиной порового давления в различных сечениях плотины могут обеспечить получение важных данных, которые не могут быть получены каким-либо иным путем. В силу обычно значительной сложности вопроса и нередко случайных изменений в составе грунтов в различных частях большой плотины чисто теоретическое решение этого вопроса не может быть выполнено с надлежащей полнотой.
Для замера порового давления в грунтах разработан целый ряд приборов. На рис. 17.14 показан прибор, который используется Бюро мелиорации Соединенных Штатов для замера порового давления в основании сооружений. До начала возведения плотины в ее основании проходят скважины с их заглублением до уровня, на котором впоследствии будет замеряться поровое давление. В скважину вставляется пластмассовая труба. Применения металлических труб желательно избегать, так как при их взаимодействии с некоторыми грунтами могут образовываться газы, которые будут увеличивать давление воды в трубе до значений, намного превышающих действительное давление в порах грунта у нижнего конца трубы. Нижний конец труб, как это показано на схеме, перфорируется. Пространство между трубой и стенками скважины в пределах 12 дюймов от ее забоя заполняется зернистым легкофильтрующим материалом. Все остальное пространство в скважине поверх этого фильтра заполняется глинистым раствором. Важно, чтобы эта глинистая «пробка» обладала достаточной водонепроницаемостью, так как в ином случае прибор будет регистрировать самое высокое поровое давление в каком-либо из пройденных скважиной пластов вместо замера давления у нижнего конца трубы. К верхнему концу пластмассовой трубы, уже выше естественной поверхности грунта, подсоединяется, как это показано на рис. 17.14, поставленный на цементном растворе пластмассовый наконечник пьезометра. Нижняя часть наконечника защищена пористым диском, а к верхней подсоединена сдвоенная пластмассовая трубка. Обе ветви трубки затем выводятся через специально отрытые и потом вновь засыпаемые (с утрамбовкой) траншеи в концевой колодец, располагаемый на низовом откосе плотины. В траншее шириной 2 фута можно уложить до 14 трубок такого типа. Использование сдвоенных трубок объясняется необходимостью периодической контрольной промывки аппарата для удаления из трубок и наконечника пьезометра возникающих здесь пузырьков воздуха или газа.
Аналогичная, но несколько упрощенная установка используется для замера порового давления в теле насыпных плотин. При этом отпадает необходимость в вертикальной трубе, а наконечник пьезометра укладывается на выбранном месте в углубление объемом 1 фут3, заполненное дренажным материалом. Такие наконечники пьезометров «для насыпей» аналогичны показанным на рис. 17.14 для использования «в основании», но изготовляются более укороченными (по пунктиру AA на этой схеме).
Для наблюдения за поровым давлением на новых возведенных плотинах устанавливают целый ряд таких приборов. Например, на плотине Бойзен поровое давление замерялось отдельными пьезометрами в 40 точках. Все наконечники с помощью трубок подводились к одному концевому колодцу, где с помощью латунных трубок и клапанов их подключали к двум трубчатым манометрам Бурдона, которые использовались для измерения порового давления.
О большой практической ценности контрольных замеров порового давления в подобающих случаях свидетельствуют следующие факты. Согласно сообщению Ф.С. Уолкера и У.Дж. Хольца, в 1940 г. в период возведения плотины Грин Маунтейн высотой 300 футов было замерено поровое давление, доходившее до 65% возникающего от веса вышележащего слоя насыпи, несмотря на крайне высокий объемный вес скелета уложенного грунта, достигавший 150 и в среднем 136 фунт/фут3. Уплотнение грунта в теле плотины производили при соответствующей ему оптимальной влажности. Несмотря на высокую плотность, большой вес перекрывающего слоя насыпи тем не менее вызывал некоторую дополнительную консолидацию грунта в теле плотины. Вместе с тем излишняя для нового состояния плотности грунта вода не могла быстро отойти из большой массы насыпи, в ней неизбежно должно было возникнуть значительное избыточное поровое давление, что и произошло в действительности.
Ранее было отмечено отрицательное влияние порового давления на сопротивляемость грунтов сдвигу. Эффективной мерой против этого в насыпях может служить уплотнение грунта в насыпи при «недоборе» оптимальной влажности, т. е. при влажности приблизительно на 2% меньшей, чем оптимальная. Рис. 17.15 служит иллюстрацией к этому вопросу.
На плотине Андерсон Ренч вплоть до ноября 1945 г., т. е. до начала зимних работ, уплотнение грунта в теле плотины катками осуществлялось в соответствии с существовавшей тогда точкой зрения большинства авторитетных лиц при оптимальной его влажности. Однако, как об этом свидетельствует рис. 17.15, а, в теле плотины было замерено значительное поровое давление. В течение следующего сезона грунт на плотине укатывался при влажности меньше оптимальной. При этом было выявлено, что поровое давление в толще грунта, уложенного в более сухом состоянии, ничтожно, в то время как в нижележащем, более влажном слое отсыпи предыдущего сезона его величины продолжали увеличиваться (рис. 17.15,б). Подобные данные были получены в результате наблюдений и на других плотинах. В силу этого Бюро мелиорации Соединенных Штатов в настоящее время обычно применяет укатку при «недоборе» влажности до оптимальной в соответствии со специальной методикой контроля, осуществляемого в лабораторных условиях.
Из-за неясностей, связанных с поведением приборов для замера порового давления при их установке в толще грунта, замер порового давления в грунте в земляных плотинах в настоящее время производится редко.